Ґрунти та їх роль у біосфері

Ґрунтом називають тонкий поверхневий пухкий шар земної кори, що утворився внаслідок тривалої взаємодії рослинності, тваринного світу, мікроорганізмів, гірських порід, сонячного тепла і води. Засновником наукового ґрунтознавства є видатний російський учений В.В. Докучаєв (1846—1903 pp.), який вперше дав визначення терміна “ґрунт”, охарактеризував його основні ознаки і властивості, розкрив суть процесу ґрунтоутворення, сформулював закони широтної та вертикальної зональності ґрунтового покриву.

На думку відомого російського вченого в області ґрунтознавства В. А. Ковди (1989 p.), ґрунтовий покрив є своєрідним “екраном життя” на нашій планеті, подібним до озонового “екрану”. Озоновий шар захищає життя на Землі від космічних променів. Ґрунти ж забезпечують саме існування автотрофної рослинності і разом з нею підтримують умови для функціонування біосфери, численного світу гетеротрофних організмів різного рівня розвитку.

Багато вчених вважає, що ґрунтовий покрив і гумусова оболонка суші, мілководь і шельфу є загальнопланетарним утвором — педосферою, подібною до літосфери, гідросфери і атмосфери, з якими жива речовина утворює біосферу планети. Педосфера є загально земною природною системою, що має здатність до саморозвитку, самоуправління і створення умов для відновлення живої речовини. Враховуючи це, розглянемо деякі особливості будови ґрунтів та їх значення в біосфері.

Добре розвинений або зрілий ґрунт має характерний профіль. У його будові простежується від верху до низу три-чотири основних горизонти, які позначаються індексами (буквами). Ці горизонти відрізняються за кольором, вологістю, структурою, щільністю, складом і товщиною. Горизонт Н — гумусовий — є верхнім шаром ґрунту. Він містить найбільше органічних речовин і продуктів їх розкладу, які і надають йому чорного або темно-сірого забарвлення. Середній горизонт у чорноземних, каштанових, бурих, лучних і дернових ґрунтах позначають HP, він називається перехідним. Горизонт Р є безструктурною і позбавленою будь-якого вмісту гумусу ґрунтоутворюючою, або материнською, породою. Це, як правило, вивітрена осадова гірська порода, з якої відбувалося формування мінеральної товщі ґрунту.

Якщо ґрунти розвиваються під хвойним лісом і в умовах переважання кількості опадів над величиною випаровування, в їх профілі можуть сформуватися елювіальний та ілювіальний горизонти. Вони позначаються індексами відповідно Е та /. Елювіальний горизонт морфологічно добре виражений через своє білясте або світле забарвлення, утворюється він в процесі інтенсивного руйнування мінеральної частини ґрунту і вимивання продуктів руйнування в шари, що залягають нижче. Інколи опідзолення може розвиватися в нижній частині горизонту Н, де утворюється таким чином гумусово-елювіальний горизонт НЕ або Не (ознаки опідзолення ще менше виражені). Ілювіальний горизонт формується під елювіальним або гумусовим горизонтом і дуже добре виявляється внаслідок своєї підвищеної щільності і бурого забарвлення. Цей колір йому надають оксиди заліза, алюмінію і марганцю, які вмиваються в нього з шарів, що залягають вище. Горизонти елювіальний (його ще називають горизонтом вимивання) та ілювіальний (або горизонт вмивання) особливо притаманні підзолистим, дерново-підзолистим і ясно-сірим лісовим ґрунтам.

Головні фактори, які впливають на формування ґрунтів, — це клімат, рослинність і ґрунтові організми, рельєф, материнські породи і час. Внаслідок їх сукупної дії сформувалися різні типи ґрунтів на поверхні землі (рис. 23).

Ґрунтовий покрив знаходиться на межі взаємодії літосфери, атмосфери, гідросфери і біосфери. Одночасно він є компонентом біосфери. Це зумовлює його специфічну роль у цій складній системі геосфер, його глобальні функції. В.А. Ковда і Б.Г. Розанов (1988 p.) виділяють п’ять глобальних функцій ґрунту.

1. Ґрунт забезпечує існування життя на Землі. Майже всі живі організми суші одержують елементи мінерального живлення з ґрунту. Ґрунт є основою для закріплення вищих рослин, його населяють мікроорганізми, нижчі рослини, тваринні організми. Отже, ґрунт одночасно є наслідком і умовою існування життя. У цьому полягає діалектична єдність біосферних процесів.

Рис. 23. Співвідношення площ основних тилів ґрунтів світу, %

2. Ґрунт є сферою постійної взаємодії великого геологічного і малого біологічного кругообігу речовини на Землі. У ґрунті відбуваються процеси вивітрювання мінералів і гірських порід. Продукти вивітрювання частково виносяться атмосферними опадами в гідрографічну сітку, а звідси — до Світового океану, де вони утворюють осадові породи, які внаслідок тектонічних рухів можуть знову опинитись на поверхні Землі і зазнати вивітрювання. За такою схемою відбувається великий геологічний кругообіг речовин.

Одночасно водорозчинні елементи засвоюються з ґрунту рослинами і через ланцюг трофічних ланок знову повертається в ґрунт. Так здійснюється малий біологічний кругообіг речовин.

• 3. Ґрунт здійснює регулювання біосферних процесів на Землі. Завдяки динамічному відтворенню родючості в ґрунті і на його поверхні підтримується висока насиченість живими організмами.
• 4. Ґрунт здійснює акумуляцію активної органічної речовини і хімічної енергії. Основною формою органічної частини ґрунту і носієм енергії є гумус. Акумульовані в ґрунті органічна маса і енергія економно витрачаються для підтримання життя і кругообігу речовин у природі.
• 5. Ґрунт регулює хімічний склад атмосфери і гідросфери. Фізичні, хімічні і біологічні процеси, які відбуваються в ґрунті (дихання живих організмів, “дихання ґрунту”, міграція хімічних елементів), підтримують певний склад приземного шару атмосферного повітря та визначають хімічний склад континентальних вод.

Ґрунтовий покрив відіграє функцію біологічного поглинача, руйнівника і нейтралізатора різних забруднювачів, які потрапляють у землю або осідають на ній. Завдяки фільтруючій ролі ґрунтів і осадових гірських порід відбувається захист ґрунтових і підземних вод від забруднення побутовими відходами і токсичними хімічними речовинами. Але очищувальні й обеззаражувальні функції земель небезмежні, внаслідок тривалого і сильного забруднення вони припиняють виконувати роль природного фільтра в біосфері, продуктивність ґрунтів знижується, а інколи вони внаслідок такого антропогенного впливу стають непридатними для сільськогосподарського використання.

Таким чином, ґрунти є незамінним посередником між неживою і живою природою і дуже важливою ланкою в різноманітних кругообігах, які наскрізь пронизують географічну оболонку. Якщо ця ланка буде зруйнована або знищена (наприклад, ерозією ґрунтів або різними антропогенними впливами), то природне функціонування біосфери необоротно порушиться. Тому нині, коли землі повсюдно інтенсивно використовуються для цілей землеробства та інших господарських потреб, особливо актуальною є охорона ґрунтів — важливої загальнопланетарної умови існування і відновлення живої речовини і життя на Землі.

§ 30. Ґрунти України

УМОВИ ҐРУНТОУТВОРЕННЯ. Людина живе на планеті Земля, природа якої дає кисень, світло, тепло, воду. У земних надрах багато корисних порід і мінералів. Неоціненне значення має ґрунт. Він відіграв величезну роль в еволюції нашої планети й лишається найважливішою ланкою природи, без якої немислимі високоорганізовані форми життя і прогрес людського суспільства.

• Які ґрунти вам відомі? Які з них поширені у вашій місцевості?

Формування ґрунту — це процес взаємодії гірської породи з водою, повітрям і живими організмами. Під впливом живих організмів верхній шар породи збагачується органічними речовинами, які в процесі подальших змін перетворюються на доступні для рослин поживні речовини. Унаслідок біологічного, хімічного й фізичного вивітрювання гірські породи перетворюються на нове природне тіло — ґрунт.

Ґрунти України сформувалися в результаті взаємодії різних ґрунтотвірних чинників — материнських порід, природних вод, клімату, рельєфу, рослинного покриву, діяльності тварин і мікроорганізмів, господарського впливу людини.

Материнські породи (підґрунтя) визначають мінеральний склад, фізичні та хімічні властивості ґрунту. В Україні такими породами є відклади четвертинного періоду — здебільшого лесові та піщані. Від них до ґрунту потрапляють дрібні тверді часточки — глина й пісок, а в гірських районах додаються більші уламки порід — гравій і щебінь.

СТРУКТУРА ҐРУНТУ. Однією з характеристик ґрунту є його структура. Її основу становлять перегній, пісок, глина, розчинні у воді мінеральні солі. Зазвичай у літровій банці ґрунту солей міститься у співвідношенні 1:100. Найбільше мінеральних солей у чорноземах.

У ґрунті міститься також різна кількість води й повітря, які так необхідні для життя рослин. Вода безпосередньо виконує роль розчинення мінеральних солей, а кисень необхідний для дихання коренів рослини.

Структура ґрунту — це грудочки, на які він розпадається. За типом структури ґрунти поділяються на структурні та безструктурні. У безструктурному ґрунті окремі механічні елементи (піщані, пилуваті частинки) перебувають у вільному стані й не пов’язані між собою. У структурному — вони поєднані в агрегати різної величини та форми. Структура ґрунту може бути: зерниста, горіхувата, пилувата, брилиста, грудкувата, призматична, лускувата, плитчаста, стовпчаста.

Географія на щодень

Як дізнатися, чи є в ґрунті вода й повітря?

Щоб перевірити наявність у ґрунті води, необхідно провести дослід. Для цього шматочок ґрунту покладіть у пробірку, яку злегка нагрійте. Незабаром на верхній, холодній частині пробірки почнуть осідати дрібні крапельки води. Це вода, яка випаровується з ґрунту. А щоб дізнатися, чи насичений ґрунт киснем, достатньо кинути в склянку з водою грудочку землі. Відразу ж почнуть виділятися бульбашки — це повітря, що міститься в ґрунті.

ҐРУНТОВІ ГОРИЗОНТИ. Ґрунт містить своєрідну інформацію про минуле планети. Розшифрувати її можна, вивчивши особливості його вертикальних горизонтів (шарів). Ґрунтові горизонти не мають різких меж і поступово переходять з одного в інший зверху вниз, а разом утворюють ґрунтовий профіль (мал. 102). Будову ґрунту вивчають у спеціально викопаних ямках завширшки 0,7 м і завглибшки 0,5-1 м. Передня стінка робиться відвісною вертикальною, добре освітленою сонцем. Напроти неї вимощують сходинки. Ґрунтові горизонти відрізняються забарвленням, структурою та хімічним складом. Основні з них три: гумус, перехідний горизонт, материнська порода.

Мал. 102. Схема ґрунтового профілю

Верхній горизонт (А) — це шар нагромадження перегною (гумусний). Зверху він темного кольору, а що глибше, то — світлішого. Його називають акумулятивним. Він охоплює верхні шари лісової підстилки або степової дернини і власне гумус. Другий горизонт (В) — перехідний. У ньому відбувається вимивання органічних і мінеральних речовин, а також осідання вимитих речовин. Він характеризується високою щільністю, тому погано пропускає воду, виконуючи роль фільтра. Тут нагромаджуються оксиди заліза, алюмінію, карбонати, гіпс — усе те, що втратив ґрунт у верхньому горизонті. Третій горизонт (С) — материнська порода, у ній гумус відсутній. Від цього горизонту залежить тип ґрунту. Товща ґрунтових горизонтів залежить від кліматичних умов, складу гірських порід, виду рослинності.

За товщею гумусного горизонту, як ви вже знаєте, можна судити про родючість ґрунту. Тобто його здатність забезпечувати рослини всім необхідним для їхнього розвитку й росту. Адже гумус, або перегній, — це органічна речовина, яка утворюється в результаті розпаду рослинних і тваринних решток та продуктів життєдіяльності мікроорганізмів.

• Дайте визначення поняття «гумус». Як визначають родючість ґрунту?

Картографічний навігатор

Мал. 103. Карта ґрунтів України

• 1. За допомогою карти складіть список основних типів ґрунтів, характерних для території України.
• 2. Які ґрунти переважають на Сході України? Обґрунтуйте чому.
• 3. Де поширені дерново-підзолисті ґрунти та сіроземи?
• 4. Поясніть, чому Україну називають скарбницею родючих ґрунтів.

ТИПИ ҐРУНТІВ ТА ЗАКОНОМІРНОСТІ ЇХ ПОШИРЕННЯ. Ґрунти України дуже різноманітні. Їх налічується близько тисячі видів. Закономірності географічного поширення ґрунтів є результатом складної взаємодії всіх чинників ґрунтоутворення. Для рівнинної території України характерне горизонтально-зональне (смугами) поширення ґрунтів: дерново-підзолисті, сірі лісові, чорноземи та каштанові (мал. 103).

Чи знаєте ви, що.

Перша карта ґрунтів, поширених на території України та в інших частинах Східної Європи, була створена за редакцією Костянтина Веселовського в 1851 р. в масштабі 1 : 8 400 000.

Дерново-підзолисті ґрунти поширені здебільшого на півночі України, на Поліссі. Вони сформувалися в умовах помірного теплого клімату, на супісках, близько до підземних вод, під сосновими й мішаними лісами. Материнськими породами для них слугують водно-льодовикові піщані відклади. У цих ґрунтах невеликий вміст гумусу (до 1,5%), чітко вираженийтак званий підзолистий горизонт, з якого поживні речовини вимиваються вглиб. Тому вони мають низьку родючість і підвищену кислотність. Потребують осушення, вапнування й додавання добрив.

Сірі лісові ґрунти — структурні. Вони сформувалися під покривом широколистяних лісів, в умовах, де випадання опадів майже дорівнює випаровуванню, горизонт вимивання скорочується, а горизонт накопичення гумусу товстішає. Вміст гумусу становить 2,5-4,5 %, а глибина гумусового горизонту — 40-55 см. Сірі лісові ґрунти мають нейтральну реакцію. Для підвищення їхньої родючості вносять органічні й мінеральні добрива.

Чорноземні ґрунти розташовані на півдні та в центрі степової природної зони (мал. 104, а). Мають зернисту структуру, сприятливий водно-повітряний режим, що зумовлює активну мікробіологічну діяльність. Чорноземи — найродючіші ґрунти. Цьому сприяють кліматичні умови й рослинний покрив. У степу трав’янисті рослини, тепла погода. Рослини швидко перегнивають, утворюючи потужні шари гумусу. Вміст гумусу в чорноземі становить 3-15 %, а товща гумусового горизонту сягає 120-150 см. Реакція нейтральна. У зв’язку зі зменшенням кількості опадів у напрямку з півночі на південь, чорноземні ґрунти поділяються на типові, звичайні й південні.

Мал. 104. Ґрунтовий зріз

• Зіставте особливості чорноземного й каштанового ґрунтів (мал. 91).

Каштанові ґрунти розташовані в сухих степах, де надміру жарко й бракує вологи (мал. 104, б). Утворилися на засолених ґрунтоутворювальних породах під ковилово-типчаково-полиновими степами. Каштанові ґрунти безструктурні, відносно родючі: вміст гумусу в них становить до 4 %, гумусовий горизонт — 40-50 см. Солонцюваті, мають лужну реакцію, тому ці ґрунти гіпсують. Оскільки клімат посушливий, ці землі зрошують.

На Південному березі Криму, в умовах недостатнього зволоження та теплого субтропічного типу клімату сформувалися коричневі ґрунти. Вміст гумусу в них становить 3-4 %. У гірських районах України поширені бурі лісові та гірсько-лучні ґрунти.

Отже, як ви переконалися, для кожного регіону України характерний певний тип ґрунту. Особливо багато різновидів чорнозему. Цей родючий ґрунт поширений у зонах Лісостепу та Степу. У різних куточках України можна побачити заплавні ґрунти. Вони сформувалися поблизу великих та середніх за розмірами річок. Щоб добре знати ґрунти своєї місцевості, необхідно їх дослідити. Для цього виконайте міні-проект «Дослідження ґрунтового покриву своєї місцевості», описаний у рубриці «ГЕОгалактика».

ГЕОгалактика

Ґрунти своєї місцевості (робота виконується в групах із трьох-чотирьох учнів)

1. Зберіть шість-вісім зразків ґрунту з ділянок, де не ведеться господарська діяльність, у різних за природою частинах вашої місцевості. Проба ґрунту знімається у вигляді куба з ребром 15 см із залишками дерну в верхній частині.

2. Зіставте зразки проб, визначивши їх основні відмінні та спільні ознаки.

3. Установіть з допомогою вчителя, до якого типу належать відібрані вами зразки ґрунту.

4. Оформіть висновки та представте їх учням класу.

ДОСЛІДЖЕННЯ ВАСИЛЯ ДОКУЧАЄВА. Тривалий час фізична географія не мала вагомих робіт із дослідження ґрунтів. І доволі символічно, що саме в Україні — країні, яка володіє найбагатшими землями, були зроблені відкриття в галузі ґрунтознавства.

Основоположником наукового генетичного ґрунтознавства та зональної агрономії був природознавець Василь Докучаєв (1846-1903 рр.). У 1875-1877 рр., склавши разом із Василем Чаславським оглядову ґрунтову карту Європейської частини Росії та України, В. Докучаєв розпочав вивчення українського чорнозему. У результаті цієї діяльності вченого були закладені основи вчення про ґрунт як особливе природно-історичне тло і про чинники ґрунтоутворення. Улітку 1877 р. науковець обстежив південно-західну частину чорноземної смуги, пересуваючись головним чином кінним транспортом і пішки. Він дослідив перехід від лісових ґрунтів до чорноземів. Особливо багато їздив землями України та Молдови.

У 1883 р. вийшла праця В. Докучаєва «Руський чорнозем», у якій детально описано область поширення, спосіб походження, хімічний склад чорнозему, принципи класифікації та методи дослідження цього ґрунту. Ця робота принесла Докучаєву світове визнання і вважається основою генетичного ґрунтознавства.

У Полтаві Докучаєв організував перший у Східній Європі природничо-історичний музей ґрунтів. Харківський сільськогосподарський інститут носить ім’я Василя Докучаєва. Він працював у цьому інституті директором і заснував тут першу у світі кафедру генетичного ґрунтознавства.

ЩОДЕННИК ДОСЛІДНИКА

1. Ґрунт — це своєрідна інформація про минуле нашої планети, яку можна «прочитати» за допомогою ґрунтових горизонтів: нагромадження перегною (гумусний), вимивання органічних і мінеральних речовин, осідання вимитих речовин, материнської породи.

2. Гумус — це поживна речовина, яка визначає основну властивість ґрунту — його родючість.

3. На рівнинній території ґрунти розміщуються зонально, у гірських областях — вертикально.

4. В Україні виділяють такі типи ґрунтів: на рівнинній території в напрямку з півночі на південь — дерново-підзолисті, сірі лісові, чорноземні, коричневі; у гірській — бурі лісові та гірсько-лучні.

5. На утворення ґрунту впливають материнська порода, клімат, рослинність, тварини, рельєф, господарська діяльність людини.

ЗНАЮ, РОЗУМІЮ, ВМІЮ ПОЯСНИТИ

1. За якою ознакою визначають родючість ґрунту?

2. Назвіть і схарактеризуйте основні горизонти ґрунтового профілю.

3. За допомогою яких досліджень можна вивчити будову ґрунту?

4. Поміркуйте, чому існує так багато різновидів ґрунту.

5. Які чинники впливають на утворення ґрунтів?

6. Схарактеризуйте основні типи ґрунтів, поширених на території України.

7. У чому полягає цінність досліджень Василя Докучаєва? Який внесок він зробив у розвиток світового ґрунтознавства?